文献综述
水凝胶一般是指一种由物理或化学交联形成的亲水高分子聚合物网络与大量水构成的一类高分子材料[1]。水凝胶具有亲水性，且能吸水溶胀而不溶解，兼具固体与液体性质，部分水凝胶能够对外界刺激如温度、pH值等做出响应，具有广泛的应用前景。
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水凝胶的制备
- 传统高分子水凝胶的制备
高分子水凝胶一般具有两个特点，一是主链或侧链上带有大量的亲水性基团，二是具有适当的交联网络。因此，聚丙烯酰胺、聚丙烯酸、聚N-异丙基丙烯酰胺等成为合成水凝胶的常用材料[2]。水凝胶的制备方法主要有单体聚合同时交联法、聚合物交联法和接枝共聚法[3]。
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- 双网络水凝胶的制备
由于传统的水凝胶通过物理或化学相互作用力相交联，通常非常柔软，拉伸模量非常低，一般只有10~104Pa。过低的弹性模量导致水凝胶非常脆弱易碎，限制了其应用。为了克服传统水凝胶在机械性能上的缺陷，人们设计了多种具有新型网络结构的凝胶。其中，利用两个性质相差较大的网络互穿或半互穿构成的双网络水凝胶是其中之一。由于双网络水凝胶具有一般性，不要求两个网络间有特殊的化学相互作用，从而可以被广泛应用[4][5]。
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- 通过自组装制备各向异性水凝胶
通过传统方法合成的高分子水凝胶在宏观上都表现为各向同性，缺少有序结构，这限制了水凝胶的应用。近年来，为了获得各向异性的水凝胶，科学家们尝试通过强磁场[6]、预拉伸[7]、定向冷冻[8]或自组装[9-10]的方法制备各种具有各向异性的水凝胶。其中，预拉伸更加简单有效，而通过自组装可以制备更大面积的各向异性水凝胶，而且具有良好的机械性能[11]。
早在1938年，人们就发现由某些表面活性剂的稀溶液形成具有虹彩色的溶液，其中层状双分子膜在水中按照光波长的顺序被均匀分离。1997年，由Satoh和Tsujii开发的具有虹彩的十二烷基甘油基衣康酸酯（DGI）溶液制成的非离子表面活性剂就是一个典型的例子[12-13]。HGM作为DGI的衍生物，可以形成层状双层膜，并且在高于克拉夫特点(37℃)的温度下形成具有虹彩的溶液。与DGI需要通过光照引发聚合形成水凝胶不同，在温度逐渐冷却至室温时，HGM逐渐从液态变为凝胶态。因此可以利用HGM来制备无聚合物的各向异性水凝胶。Niu等人通过利用HGM水凝胶成功合成大面积的具有原子级平坦表面的金薄膜[14]。
二、水凝胶的应用与分类
尽管常常被人类忽略，但是人的皮肤是人们接受外界信息的一个非常高效的器官。人们通过皮肤感受物体的形状、材质，感受温度与压力的变化。因此开发一种可以与人类皮肤相媲美的电子皮肤是许多人的梦想。最早的电子皮肤只是在一块软片上加装若干红外线传感器[15]，但是随着时间进入21世纪，电子皮肤的发展正在快速发展，例如使用聚二甲基硅氧烷作为基底，以及使用碳纳米管[16]或者其他一维纳米线为活性材料的一系列电子皮肤。与之相比，水凝胶虽然电子性能稍逊于无机材料[17]，但由于其良好的生物相容性和拉伸性能，而且其物理和化学性质是高度可调的，因此利用水凝胶作为柔性基底制备电子皮肤更加受人们的关注[18]。
通过在水凝胶结构中引入氢键、离子作用、络合作用、静电作用、主客体作用等非共价基元，可以赋予材料对光、电、磁、pH、离子、小分子等多种“刺激”的响应特性。这种具有响应特性的水凝胶被称为智能水凝胶[19]。
2.1. 导电水凝胶
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